Martina Urbanová, Ivana Šeděnková, Jiří Brus Polymorfismus farmaceutických ingrediencí, 13 C CP-MAS NMR, F MAS NMR a faktorová analýza
Proč studovat polymorfismus ve farmacii? Důvody studia polymorfismu: hlavně kvůli nekontrolovatelným polymorfním (fázovým) přechodům v některých procesech výroby léčiva může dojít k nežádoucímu polymorfnímu přechodu finální krystalizace (homogenizace, vlhká granulace, tabletace.) monitorování a dokladování polymorfní čistoty léčiv vyžadují regulační autority (SÚKL,FDA.) - nežádoucí polymorf je klasifikován jako fázová nečistota nežádoucí polymorf má jiný farmakokinetický profil (rozpouštěcí rychlost) v limitním případě může být neaktivní, resp. méně aktivní (zdraví poškozující???)
farmakokinetika - farmakodynamika biodostupnost rozpustnost / pro farmaceutické aplikace je důležité, aby léčivé látky a léčivé přípravky byly dobře a rychle rozpustné ve vodě a měly dobrou permeabilitu (schopnost průchodu biologickými membránami). To jsou základní předpoklady rychlé absorpce léčivé látky do krevního oběhu. polymorfy mají rozdílné vlastnosti rozpouštění
farmakokinetika - farmakodynamika polymorfů Vyšší rozpouštěcí rychlost amorfních forem (rychlejší nástup účinku, lepší biodostupnost) Disoluční profil amorfního a krystalického indomethacinu (Fukuoka E etal:pharmacobio-dynamics 9, S5 (86)).
farmakokinetika - farmakodynamika polymorfů Ritonavir inhibitor HIV - proteasy(norvir, Abbot Laboratories) v roce 96 uveden na trh v roce 98 zjištěn druhý polymorf v roce 99 přeformulování na novou lékovou formu (měkké želatinové kapsle + roztok)
Spektroskopie a polymorfismus léčivá látka 5-20 hm% excipienty (pomocné látky) 95-80 hm% 13 C CP/MAS NMR RTG pouze léčivá látka pouze léčivá látka tableta tableta 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 ppm
Polymorfismus ve farmacii a F MAS NMR Cíl: Posoudit vypovídací schopnost F MAS NMR spekter pro rychlé a spolehlivé posouzení fázové čistoty a kvality farmaceutických produktů.
Polymorfismus ve farmacii a F MAS NMR látka obsahuje F F 100% přir.zastoupení 13 C 1,108% přir.zastoupení
Atorvastatin
Polymorfismus atorvastatinu patentováno 64 krystalických forem + 29 patentů na syntézu amorfní formy stabilní forma: atorvastatin vápenatý. 3H 2 O (forma I) Lipitor (Pfizer), originál expirace 36 měsíců (forma I) Torvacard (Zentiva) expirace 18měsíců (amorfní f.) Atorvastatin Actavis (Actavis) expirace 36 měsíců Atorvastatin Phab (Lek) expirace 24 měsíců Atorvastatin AV MED (Krka) expirace 18 měsíců Atorvastatin-Krka (Krka) expirace 24 měsíců Atorvastatin-Ratiopharm (Hoechst-Biotika) expirace 24 měsíců Atoris (Krka) expirace 24 měsíců Tulip (Lek) expirace 24 měsíců Triglyx (Ivax) expirace 24 měsíců (Hájková M., Kratochvíl B.: Atorvastatin nejprodávanější lék na světě. Chem. Listy102, (2008)).
F MAS NMR a atorvastatin F MAS NMR 1.0 0.8 0.6-75 -100-125 -150
Faktorová analýza a spektroskopie Y i n j 1 w V j ij S j Y i experimentální data S j subspektra V ij koeficienty w j - singulární hodnoty - singular value
Singular values FA: singulární hodnoty a F MAS NMR atorvastatinu 64 62 60 58 Singular values F MAS NMR 10 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Subspectrum Y i n j 1 w V j ij S j
FA: subspektra a F MAS NMR atorvastatinu subspektra S 1 Atorvastatin F -0,14 S 2-0,12-0,10 Atorvastatin F -90-95 -100-105 -110-115 -120-125 -130-80 -100-120 -140 0,02-80 -100-120 -140-90 -95-100 -105-110 -115-120 -125-130 0,22 0,20 0,18 0,16 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 S 3 Atorvastatin F -80-100 -120-140 0,06 0,04 0,02 S 4 Atorvastatin F -80-100 -120-140 -90-95 -100-105 -110-115 -120-125 -130
FA: subspektra a F MAS NMR atorvastatinu subspektra S 1 Atorvastatin F -0,14 S 2-0,12-0,10 Atorvastatin F atot8 F5 atot9 atot13 atot3 ato5 F3 0,02 F V4 F1 F2 ato2 F4 atot11 atot12 atot14 atot18 ato1-80 -100-120 -140-80 -100-120 -140 - - -0.8-0.6 - - F V 3 atotz4 atot15 atot10 ato8 ato6 atot1 0,22 0,20 0,18 0,16 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 S 3 Atorvastatin F -80-100 -120-140 0,06 0,04 0,02 S 4 Atorvastatin F -80-100 -120-140
FA: korelace V koeficientů F MAS NMR atorvastatinu 0.6 FI, FV A6 FV -90-100 -110-120 -130 A4 A6 A4 F V4 - FI,, A1 A0 A3 FX,, A1 A0 A3 A2 FX, - A2 A5 A5-90 -100-110 -120-130 -0.6-0.6 0.8-90 -100-110 -120-130 -90-100 -110-120 -130 F V 3
Absorbance Spektroskopie a polymorfismus atorvastatinu F MAS NMR 13 C CP/MAS NMR 1.0 1.0 0.8 0.8 0.6 0.6-75 -100-125 -150 200 150 100 50 30000 RTG 1.0 FTIR 25000 0.8 20000 0.6 15000 10000 5000 0 10 15 20 25 30 35 40, 4000 3500 3000 1500 1000 Wavenumbers, cm 1
FA: subspektra a 13 C MAS NMR atorvastatinu subspektra 0,08 S 1 Atorvastatin 13 C 0,06 0,04 S 2 Atorvastatin 13 C 0,02 180 160 140 120 100 80 60 40 20-0,10 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0-0,12 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0,18 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0,16 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02-0,10 S 3 Atorvastatin 13 C 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0,06 0,04 0,02-0,10 S 4 Atorvastatin 13 C 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 180 160 140 120 100 80 60 40 20
FA: subspektra a 13 C MAS NMR atorvastatinu subspektra 0,08 S 1 Atorvastatin 13 C 0,06 0,04 S 2 Atorvastatin 13 C 0.3 0.1 atot1 ato6 atot10 ato8 atot14 F4 atot15 ato1 atotz4 atot18 F3 0,02-0,10 13 C V4-0.1 F2 F1 ato2 AtoT11 atot12 ato5 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0-0,12 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 - -0.3 atot9 atot3 F5 atot13 atot8 - -0.8-0.6 - - 13 C V 3 0,18 0,16 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02-0,10 S 3 Atorvastatin 13 C 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0,06 0,04 0,02-0,10 S 4 Atorvastatin 13 C 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
13 C V 3 FA: korelace 13 C V 4 vs F V 4 atot8 F5 atot9 atot13 F V4 - - F2 F1 atot3 ato2 F4 atot11 atot12 atot14 atot18 ato1 atotz4 atot15 atot10 ato8 ato6 atot1 ato5 F3 AtoT8 F5 AtoT13 AtoT9 AtoT3 y=-0,011-0,959x R 2 =0,927-0.8-0.6 - - F V 3 F V4 Ato2 AtoT11 AtoT12 F4 AtoT14 AtoT18 Ato1 - -0.3 - -0.1 atot13 atot8 F5 atot9 atot3 atot12 - - AtoTZ4 AtoT15 AtoT10 Ato8 Ato6 AtoT1 13 C V4 0.1 F2 F1 AtoT11 ato2 atotz4 atot15 ato1 atot18 atot14 F4 ato5 F3 - -0.3 - -0.1 0.1 0.3 13 C V 4 ato8 atot10 0.3 ato6 atot1-0.8-0.6 - -
FA: 13 C V 4 vs F V 4 ; RTG V 7 vs F V 4 ; FTIR V 4 vs F V 4 AtoT8 F5 AtoT13 AtoT9 AtoT3 y=-0,011-0,959x R 2 =0,927 AtoT8 F5 AtoT9 AtoT13 AtoT3 y=-0,038-0,924x R 2 =0,820 F V4 Ato2 AtoT11 AtoT12 F4 AtoT14 AtoT18 Ato1 F V4 AtoT12 Ato2 AtoT11 F4 AtoT14 AtoT18 Ato1 - AtoTZ4 AtoT15 AtoT10 Ato8 Ato6 - AtoT15 AtoTZ4 Ato8 Ato6 AtoT10 - AtoT1 - AtoT1 - -0.3 - -0.1 0.1 0.3 - - 13 C V 4 RTG V 7 AtoT8 F5 AtoT9 AtoT13 AtoT3 y=-8-1,006x R 2 =0,872 F V4 AtoT11 AtoT12 F4 Ato2 AtoT14 AtoT18 Ato1 - AtoTZ4 AtoT15 Ato8 AtoT10 Ato6 - AtoT1 - -0.3 - -0.1 0.1 0.3 FTIR V 4
F V 3 FA: reálné vzorky 0.5 0.3 Ato+excipient atot8 F5 atot9 atot13 F V4 ato - - y=-1+0,979x R 2 =0,957 atot13 atot9 F5 atot8 atot18 ato1 atot14 atot11 F4-0.6-0.5 - -0.3 - -0.1 0.1 0.3 ato2 ato5 F3 F1F2 F V 4 ato + excipient ato6 ato8 atot10 TZ4 F V4 0.1-0.1 - -0.3 - -0.8-0.6 - - 0.6 F1 F2 Ato F V 3 ato2 atot11 atot14 F4 atot18 ato1 TZ4 ato8 atot10 ato6 F3 ato5 atot8 F5 atot9 atot13 atot3 ato5 F3 F V4 F1 F2 ato2 F4 atot11 atot12 atot14 atot18 ato1 - atotz4 atot15 atot10 ato8 ato6 - atot1-0.8-0.6 - -
Místa možných strukturních změn v molekule 0,08 0,07 0,06 Ato - 13 C S 1 0,05 0,04 0,03 0,02 H 3 C CH 3 0,01 NH O N OH OH OH O 200 150 100 50 0 F 0,08 0,06 0,04 0,02 Ato - 13 C S 4 200 150 100 50 0
F MAS NMR a atorvastatin solid dispersion -80-90 -100-110 -120-130 -140
F MAS NMR a atorvastatin solid dispersion 8 0.10 0.3 F10 F F5 F2 F1 F3 F4 F8 F7 F9 FI` FI 6 S 1 ( F MAS NMR) 8 6 4 S 2 ( F MAS NMR) F11 4 2 F V2 0.1-0.1 - ato3 ato6 ato8 atot1 atot11 atot15 ato4 ato1 atot14 atot18 atot12 ato2 atot3 atot13 atot8 atot9-0 -0.15-0.10-5 0 F V 1 FX' 2 0-80 -90-100 -110-120 -130-140 0 S 3 0.15 0.10 ( F MAS NMR) 0-2 -4-6 -80-90 -100-110 -120-130 -140 8 6 4 2 0-2 S 4 ( F MAS NMR) 5-4 F V5 0.3 0.1-0.1 - -0.3 - F10 F11 atot11 F7 F4 F2 F1 F5F F3 F8 F9 ato3 ato6 atot1 ato4 ato8 atot15 atot18 ato1 atot14 ato2 atot12 atot9 atot13 atot8 atot3-0 -0.15-0.10-5 0 F V 1 FI FI' FX' 0-5 -80-90 -100-110 -120-130 -140 8 S 6 6 4 2 0-2 -4-6 -8 ( F MAS NMR) -0.10-80 -90-100 -110-120 -130-140 -6-8 -0.10 0.12 0.10 8 6 4 2 0-2 -4-6 -80-90 -100-110 -120-130 -140-80 -90-100 -110-120 -130-140 S 5 ( F MAS NMR)
F MAS NMR a atorvastatin solid dispersion 0.3 FI FI FX FX 0.1 V5-0.1 - -0.3-0 -0.15-0.10 V1-5 0 - V3 0.6
Závěr Na základě statického zpracování (pomocí faktorové analýzy) databáze 13 C a F MAS NMR spekter byly nalezeny korelace mezi F a 13 C MAS NMR spektry. Z rychle získaných F spekter lze získat obdobnou informaci jako z časově náročných 13 C spekter a lze také určit místa strukturních změn v molekule. změny popsané v subspektrech S 4 pro 13 C CP / MAS NMR a F MAS NMR jsou v dobré shodě, což potvrzují vzájemná korelace V 4 koeficientů. byly nalezeny korelace i mezi RTG, FTIR a NMR daty, mírné odchylky jsou dány tím, že každá metoda poskytuje jiné strukturní informace.
Využití F MAS NMR pro charakterizaci strukturně neuspořádaných systémů Ivana Šeděnková Jiří Brus Hana Brusová Tereza Sombati